蓋世汽車訊 鋁硫電池是一種能量密度高且原材料廉價的設(shè)備，作為替代能源存儲系統(tǒng)非常有潛力。理論上講，鋁硫（Al-S）電池系統(tǒng)的能量密度可達1340 Wh kg-1。但硫是一種轉(zhuǎn)化型陽極材料，在充放電過程中會產(chǎn)生一系列多硫化物和硫化物。而多硫化物很容易與主體失去電接觸并擴散到電解質(zhì)或鋁陽極，從而產(chǎn)生穿梭效應(yīng)，使得電池容量低、效率低且容量衰減快。因此，該電池需要新型電極材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計策略來解決這些問題。

圖片來源：《中國科學(xué)》雜志社

據(jù)報道，上海交通大學(xué)（Shanghai Jiao Tong University）的研究人員設(shè)計出一種新的無粘合劑S@Ti3C2TX夾層結(jié)構(gòu)薄膜，其硫分散均勻，可作為高容量陰極，具體優(yōu)勢如下：

該新結(jié)構(gòu)由三個部分組成。薄膜的上下表面均覆蓋一層很薄的純Ti3C2Tx薄膜，中間的主要部分由S@Ti3C2Tx復(fù)合材料組成。而該復(fù)合材料由納米硫在Ti3C2TX溶液中原位可控化學(xué)沉積形成，保證硫的分散。

研究人員Xiao Zheng表示：“這種材料的特別之處在于保護層可直接添加在S@Ti3C2Tx復(fù)合材料的表面，以阻擋多硫化物。這與之前報道的在隔膜上使用石墨烯涂層以減輕穿梭效應(yīng)的策略不同。”

一般來說，聚合物粘合劑是一種惰性成分，會增加電極質(zhì)量、降低電池的能量密度，且容易與離子液體發(fā)生副反應(yīng)。而無粘合劑薄膜只需過濾和干燥，制備過程中也不需要額外的粘合劑、導(dǎo)電劑和有毒有機溶劑。Ti3C2Tx不僅具有粘合劑的功能，還具有導(dǎo)電劑的功能。

此外，Xiao Zheng和Zhilong Wang利用密度泛函理論（DFT）計算預(yù)測了多硫化物在Ti3C2Tx上的吸附，并以常見的石墨烯材料作為參考，發(fā)現(xiàn)Ti3C2Tx具有顯著優(yōu)勢。隨后，研究人員還研究了鋁硫電池合理的充放電反應(yīng)機理。

結(jié)果，該電極表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能。初始短期激活后在300 mA h g-1下的初始可逆容量為489 mA h g-1，經(jīng)過280次穩(wěn)定循環(huán)后容量保持在415 mA h g-1，平均庫侖效率約為95%。

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